системные механизмы

отрицательные влияния. Боле того один и тот же узел может101 единовременно быть связан с другими узлами как параллельными положительными, так и параллельными отрицательными семантическими падежами. Это может свидетельствовать о том, что двойственность функциональной посылки (Крыжановский Г.Н., 1980, 2002) может быть рассмотрена как механизм управления в головном мозге.

Согласно представлениям школы Русинова (1987), увеличение количества корреляционных связей между различными компонентами ЭЭГ и ЭКоГ отражает повышение (в целом) тонуса коры, а уменьшение – снижение этого тонуса.

Согласно данным Форда и сотр. (Ford et al., 1986) когерентность в альфа-диапазоне в целом отражает возбуждение (arousal). В то же время межгрупповые различия мощности и когерентности в быстром бета-диапазоне в их исследовании указывали на то, что увеличение этих показателей может отражать, напротив, генерализованое торможение корковых процессов.

Связи-отношения, которыми мы в данной работе оперируем, являются коэффициентами регрессии в уравнениях множественной линейной регрессии. Мы хотели бы особо подчеркнуть, что термин «связь» в данном контексте не подразумевает наличия каких-либо морфологических связей, соединяющих те или иные структуры, а лишь отражает взаимные влияния различных компонентов ЭКоГ. Тем не менее, результаты, полученные с применением двух упомянутых статистических приемов, сходны.

Следовательно, применённый нами методический прием для оценивания уровня активации с помощью вычисления коэффициентов регрессии (связей-отношений) между амплитудами ритмов ЭЭГ и ЭКоГ в пределах одного отведения достаточно корректен.

Показаны (Шульгина Г.И., 2005) активационный и тормозной типы синхронизации нейронов коры. При повышении числа совпадений импульсов в единицу времени возникает синхронизация близлежащих нейронов названная синхронизацией по возбудительному типу (Шульгина Г.И., Балашова А.Н., Охотников Н.В. 1990). В реализации этой формы синхронизации решающую роль играют холинэргическая и норадренергическая нейромедиаторные

системы (Steriade M., Gloor P., Llinas R.R. et al., 1990;102

Ильюченок Р. Ю., Гилинский М.А. 1971; Шульгина Г.И., Павлова И.В. 1982).

Второй тип синхронизации обусловлен одновременным прекращением разрядов при наступлении тормозных пауз, и по видимому, может быть назван синхронизацией по тормозному типу. В реализации тормозных влияний на уровне коры головного мозга основную роль играют ГАМК-ергическая нейромедиаторная система (Krnjtvic K. 1974; Шульгина Г.И., Петрищева А.П., Кузнецова Г.Г. 1985)

Можно предположить, что при использовании для анализа активации ЭЭГ вычисления коэффициентов двумерной корреляции и множественной регрессии анализируются различные типы синхронизации нейронов коры

-активационный и тормозной.

Влевом, но не правом полушарии препарата изолированного переднего мозга в пределах ЭКоГ-сегментов как десинхронизации, так и синхронизации выявляется меньшее количество связей-отношений, чем в условиях интактности мозга. Подобные данные соответствуют результатам, полученным при исследовании функции когерентности в условиях наличия очагов деструкции мозговой ткани на уровне гипоталамических и стволовых структур. Такие повреждения у пациентов сопровождаются нарушением высших функций мозга (нарушением сознания). В этих условиях наблюдаются прогрессирующий распад функциональных связей между электрическими процессами в коре и глобальное падение когерентности колебаний ЭЭГ (Жаворонкова Л.А., Холодова Н.Б., Гогитадзе Н.В., Коптелов Ю.М. 1998; В. С. Русинов, О. М. Гриндель, Г. Н. Болдырева и др., 1988). Исследованиями Гриндель О.М. и соавт. (Гриндель О.М., Коптелов Ю.М., Машеров Е.Л., Пронин И.Н., 1998) показано, что у больных с очаговыми поражениями (опухолью больших полушарий головного мозга) в большинстве случаев (72%) в полушарии на стороне очага патологической активности устанавливается средний уровень когерентности или ниже среднего уровня нормы, в здоровом полушарии - повышенный относительно нормы.

У пациентов с умеренным познавательным ухудшением

(MCI) (Jiang Z.Y., Zheng L.L., 2006) и у здоровых лиц в

состоянии психосенсорного покоя в течении проведения теста103 на исследование памяти изучали внутри- и межполушарную синхронность (когеренцию) ЭЭГ. В состоянии психосенсорного покоя различия внутри- и межполушарной синхронности изменений ЭЭГ не выявлялось. При проведении теста на изучение памяти у пациентов MCI была выявлена более высокая когерентнолсть биопотенциалов, чем в контроле. Полученные результаты авторы рассматривают, как проявление компенсаторных процессов.

В условиях повышения тонуса коры головного мозга (десинхронизация) количество связей-отношений увеличивается. При дезорганизации функционирования всей центральной нервной системы, вследствии анатомической и функциональной изоляции структур переднего мозга, количество регрессионных связей-отношений в левом полушарии уменьшается.

Таким образом, информационное значение увеличения регрессионных связей-отношений в полициклическом мультиграфе, описывающем взаимоотношения физиологических показателей, по-видимому, свидетельствует о напряжении системных функциональных механизмов, возможно с целью компенсации. Уменьшение регрессионных связей-отношений до определенного предела, по-видимому, свидетельствует о дезактивации системных функциональных механизмов, а значительное уменьшение этих связей - о некорректности системы компенсации, вследствие чего, возникает дезинтеграция системы.

Сопоставляя результаты анализа ЭЭГ с использованием корреляционного и регрессионного анализа целесообразно подчеркнуть ряд моментов. Требования к статистическим свойствам ЭЭГ-сигнала, предъявляемые в когерентном и корреляционном анализе, зачастую трудно достижимы и не всегда выполняются (Шишкин С.Л., 1997), а сами по себе показатели корреляции и когерентности имеют также целый ряд недостатков, затрудняющих интерпретацию получаемых данных (Николаев и др., 1996; Каплан и др., 1997). Для корректности оценки синхронности ритмических компонентов ЭЭГ с помощью когерентного анализа необходимо, чтобы их частота в наблюдаемой паре отведений с достаточной точностью совпадала, а фазовые отношения были

стабильными. Чтобы решить эту проблему, был разработан104 метод оценки сходства спектров мощности ЭЭГ в разных отведениях посредством подсчета числа случаев совпадения пиков спектра мощности, определяемых в исследуемом диапазоне ЭЭГ в коротких последовательных эпохах, что обеспечило независимость результатов анализа от фактора нестабильности фазовых отношений (Иваницкий и др., 1990; Николаев и др., 1996).

Внастоящей работе используется метод множественного регерссионного анализа – один из методов позволяющий оценить ориентированное влияние одного канала ЭЭГ (ЭКоГ) на другой. Таким образом, исследуются механизмы управления в ЭЭГ (ЭКоГ), с целью построения конструкции электрогенеза.

Внастоящее время, в качестве объяснительной модели акта электроритмичности работы мозга используют ряд гипотез: о наличии «водителей ритмов» (пейсмекеров), также модель реципрокного механизма (Павлова Л.П., Романенко А.Ф., 1988) и другие.

Представление о таламическом пейсмекере альфа - ритма, выдвинутое при исследовании барбитуратовых веретен

укошки (Andersen P., Andersson S.A., 1968) явилось действенным стимулом для формирования дополнений и уточнений этой теории. Было предположено, что внутрикорковые системы возвратного торможения могут генерировать альфа-ритм в коре независимо от таламуса (Гусельников В.И. Супин А.Я. 1968). Johannisson, Nilsson, предполагают, что механизм генерации альфа-ритма связан с внутренними свойствами взаимодействующих кортикальных колонок для поддержания определенного уровня их возбуждения. По мнению авторов колонка может находиться в двух состояниях (активном и неактивном), а для генерации ритма с частотой 10 Гц необходимо соотношение числа кортикальных блоков, находящихся в противоположных состояниях, как 4 к 5 (Johannisson, Nilsson, 1996). Существует предположение,что альфа-ритм генерируется как выходной сигнал физиологического эквивалента узкополосного электрического фильтра, на вход которого поступает широкополосный шум в виде афферентного притока в кору

(Хижун,1992). Однако показано, что кора, наряду со

свойствами фильтра, обладает свойствами автогенератора105

(Киселева, 1989).

Дальнейшие исследования выявили распределенный характер источника альфа-ритма ЭКоГ-ЭЭГ и позволили выдвинуть гипотезу о существовании множественных дискретных источников осцилляций альфа-диапазона –

«альфонов» (Williamson S. J., Kaufman L., Lu Z.-L., et al., 1997).

Свидетельства о наличии множественных генераторов ритмов ЭЭГ человека, и в частности альфа ритма, получены в исследованиях В. С. Русинова и соавт. (1988). Анализируя эксперименты В. В. Правдич-Неминского, впервые установившего в коре головного мозга животного сосуществование нескольких, как бы накладывающихся друг на друга ритмов, А.А. Ухтомский (1966) отмечал, что «Можно было бы думать, что различные клеточные группы в коре возбуждаются в разных ритмах».

Показано, что фоновые медленные потенциалы ЭЭГ, такие как альфа-ритм приматов, альфа подобный ритм более низкоорганизованных животных, дельта ритм животных и человека, являються результатом взаимодействия ВПСП и ТПСП (Jasper H.H., Stefanis C., 1965; Шульгина Г.И., 1976;

Гусельников В.И. Супин А.Я. 1968; Гусельников В.И.,Изнак А.Ф., 1983; Andersen P., Andersson S.A. 1968; Шульгина Г.И., 2005). Взаимодействие ВПСП и ТПСП в отдельных нейронах определяет форму и частоту суммарных медленных колебаний потенциала, а также модулирует частоту импульсной активности соответствующей популяции нейронов. Таким образом, взаимосодействия, т.е. отношения ВПСП и ТПСП лежат в основе генеза биоэлектрической активности головного мозга. По-видимому, отношения между ритмами биоэлектрической активности головного мозга, в какой-то мере, отражают отношения между ВПСП и ТПСП.

В исследованиях Ф. Морелла (Morrell F. 1967) при использовании внутриклеточной регистрации активности нервных клеток коры головного мозга человека и сопоставлении с электрокортикограммой, изучалась динамика биоэлектрической активности в процессе действия наркотика на ЦНС человека. Показано четкое соответствие колебаний мембранного потенциала, фазной активности отдельных нейронов, чередование активации и торможения их

импульсации, и альфа ритма в электрокортикограмме. По106 мере действия наркотика импульсная активность нейронов ослабевала и в последующем, исчезала, при сохранении колебаний мембранного потенциала нейронов в альфа ритме.

Исследованиями М.М. Хананашвили (1971) показано, что в полоске изолированной коры через два месяца после нейрональной изоляции восстанавливаются все основные ритмы коры. Это свидетельствует о способности собственно коры головного мозга к автономной генерации ритмов. При этом выявлялась поочередность «пейсмекерной» и ведомой роли в разных зонах коры, в частности между лобным и затылочным отделами (Шеповальников и др., 1979).

Согласно гипотезе Элула (Elul, 1972) в качестве унитарных генераторов волновой активности выступают не отдельные нейроны, а синаптические единицы. «Унитарный генератор» согласно представлений Эула представляет собой группу синапсов имеющих общий пресинаптический вход. Таким образом, в основе спонтанной макроактивности лежит суммирование синхронизированной активности относительно небольшой части нейронной популяции мозга.

Согласно Hughes J. R., John E. R. гомеостатическое регулирование электрогенеза реализуется по следующему алгоритму. Пейсмекерные таламические нейроны осциллируют синхронно с частотой 7,5 – 12,5 гц. Эфферентные проекции этих осцилляций на кору, формируют ритмическую электрическую активность, известную как альфа-ритм, который доминирует в ЭЭГ здорового человека в покое. Ретикулярные ядра гиперполяризуют мембраны таламических клеток посредством ГАМК, замедляя доминирующий альфаритм и переводя его в более низкий диапазон тета-ритма (3,5- 7,5 гц), уменьшая уровень обработки сенсорной информации в коре головного морзга. Медленная активность дельта-ритма (1,5-3,5 гц), как полагают, генерируется в нейронах расположенных в глубоких корковых областях и таламусе, обычно ингибированных влияниями ретикулярной формации среднего мозга. Более быстрая активность в бета-диапозоне (12,5-20 гц), как полагают, отражает кортико-кортикальные и таламо-кортикальные взаимоотношения, связанные с обработкой информации.

Активация мезенцефалической ретикулярной107 формации вызывает ингибирование ретикулярных ядер холинергическими и серотонергическими медиаторами, всдедствие чего таламические клетки активируются. Доминирующая активность спектра мощности ЭЭГ становится более быстрой, с восстановленим альфа-активности и более высокой частоты бета-активность. Это, в свою очередь, облегчает поток информации через таламус к коре.

Кора может активизировать n. reticularis непосредственно глутаматэргическими проводящими путями, чтобы подавить достижение информации коркового уровня и, стриарными проекциями, дофамин может ингибировать мезенцефалическую ретикулярную формацию, вследствие чего подавляется поток сенсорной информации через таламус к коре.

Указанные процессы обеспечивает гомеостатическое регулирование устойчивого и характерного спектра мощности ЭЭГ, вероятно отражающего наши общие генетически наследуемые признаки (Hughes J. R., John E. R., 1999).

Lopes da Silva F.H. (Lopes da Silva F.H. 1991), полагает,

что электрогенез обусловлен иерархическими взаимодействиями нейронов и нервных сетей. На уровне нейрона электрогенез обеспечивается тем, что некоторые типы нейронов имеют собственные колебательные свойства, которые могут лежать в основе ритмичности электроэнцефалограммы. Было обнаружено, что генерация колебаний до 12 Гц в корковых клетках обеспечивается тетродотоксин - нечувствительными Na+ каналами, что служит дополнительным косвенным доказательством аксонодендритического характера распространения альфа - колебаний потенциалов (Deisz,1996). На уровне нейронной сети, таламо-кортикальные взаимодействия являются базисом возникновения и модуляции веретен и альфа активности. Показано наличие ритмичной деятельности в бета диапазоне, выявляемое в визуальной коре. Как полагает автор, нейронные сети могут вести себя как сложные динамические системы со свойствами детерминированного хаоса. И наконец ритмичные колебания ЭЭГ могут обуславливать формирование ассоциаций нейронов (генераторов ритма).

Исходя из изложенной гипотезы не выявление108 синхронности ритмов ЭЭГ, а выявление направленности влияния (связей-отношений) является более корректным подходом для построения конструкции электрогенеза. Выяснение роли конструкции в целом, и её отдельных элементов, в обеспечении формирования и реализации психических актов и состояний, по-видимому, может обеспечить выяснения нейрофизиологических механихмов психической деятельности.

На основании анализа литературы и собственных исследований можно предположить, что в коре головного мозга существуют и гипотетические генераторы бета-2-, бета- 1-, тета- и дельта-ритмов. Причем формирование таких генераторов может происходить ситуационно, вследствие наличной электроритмичной деятельности головного мозга. Выявленные нами с помощью методов установления множественной линейной регрессии и корреляции позитивные и негативные связи-отношения между амплитудами различных ритмов ЭКоГ, могут свидетельствовать о том, что при наличии множества гипотетических генераторов различных ритмов ЭКоГ в то же время они объединены некими механизмами управления, которые обеспечивают общую организацию ЭКоГ. Выявление связей – отношений в пределах подмножества амплитуд, использованием множественного регрессионного и корреляционного анализа позволяет рассмотреть ЭКоГ, как результат взаимосодействующей активности стационарных генераторов, каждый из которых генерирует ритмы в определенном частотном диапазоне: бета-2, бета-1, альфа, тета и дельта ритмов ЭКоГ. Деятельность каждого генератора обеспечивается активностью определенных нейрональных структур головного мозга. При этом все генераторы взаимосвязаны системами обратных связей и находятся в определенных отношениях.

Изложенные представления, находят, в какой-то мере,

подтверждение в работе Michel C.M. et all (Michel C.M., Lehmann D., Henggeler B., Brandeis D., 1992). В это работе,

чтобы определить местоположения эквивалентных источников модели диполя частоты дельты, теты, альфы, beta-1 и beta-2 ритмов ЭЭГ, использовались аппроксимация FFT диполя и его

3-мерное моделирование. Результаты анализа показали, что109 исходные местоположения генераторов ритмов частоты электроэнцефалограммы отличались значительно по вертикальным и переднее-задним измерениям. Источник дельты определялся наиболее глубоко расположенным в передних отделах мозга. Генератор тета ритма также определялся в пердних отделах, но мене глубоко расположенным. Источник альфа ритма определялся в задних отделах мозга. Генератор бета-1 ритма рапсполагался глубже и немного более кпереди, чем альфа, а источник бета-2 ритма определялся более кпереди и глубже чем, бета-1 ритма. Таким образом, глубина исходного местоположения генеторов ритма не была линейно связана с временной частотой. Источники всех 5 ритмов ЭЭГ ориентировались в сагитальном направлении. Авторы приходят к заключению, что различные ритмы ЭЭГ, зарегистрированные в течении данной эпохи ЭЭГ, генерируются нервными популяциями расположенными в различных отделах мозга.

Следовательно, выявление ориентированных влияний (отношений) амплитуд ритмов ЭКоГ, отражающих объем и «время жизни» отдельного нейронного ансамбля, генерирующего определнный ритм ЭЭГ, позволяет высказать предположение, что спонтанная макроактивность базируется на взаимоотношениях (взаимосодействии и взаимоконтроле) отдельных генераторов ритма.

Можно предположить, что изучив систему связей– отношений отдельных генераторов ритма ЭКоГ можно оценить её функциональное состояние, и по-видимому, подойти к пониманию генеза ЭКоГ, как системы отношений активности нейрональных структур головного мозга.

Представление отношений генераторов ритмов ЭКоГ в виде полициклического мультиграфа, можно рассматривать как форму представления макроактивности, как системного феномена, в виде визуализации системных отношений.

Рассматривая ЭКоГ, даже регистрируемую в одном отведении, с позиций теории многоуровневых иерархических систем (Мессарович М.Д., 1973) и концепции функциональных стратификаций (Монахов К.К., 1976), объединяя амплитуды ритмов ЭКоГ в отдельную страту, последние представляются

процессами одинаковой или близкой структурно-110 функциональной организации (Монахов К.К., 1983).

Рассматривая ритмы ЭЭГ как отражение связейотношений между нейронами и группами нейронов (Русинов В.С., 1954, 1969), можно предположить, что исследование регрессионных отношений между частотой, амплитудой и индексами длительности ритмов ЭКоГ (ЭЭГ) позволит выявить уровни нейрональных отношений мозга, как базового механизма его функционирования.